帶式輸送機自動變頻調速系統的改造及應用

任曉峰

（山西煤炭運銷集團泰山隆安煤業有限公司，山西 保德 036600）

帶式輸送機作為煤礦井下生產的主要設備之一，主要擔負著井下煤炭運輸任務。帶式輸送機電動機采用工頻運行，不能根據帶式輸送機的負荷大小變化進行實時調整，導致設備實際工作效率下降，造成大量電能浪費。為降低帶式輸送機運輸系統的設備損耗和電能浪費，以隆安煤業帶式輸送機運輸系統為工程背景，調查分析影響該礦井下帶式輸送機運輸系統能耗的關鍵因素及可控制環節，通過井下現場試驗，調整和優化改造調速系統。

1 工程概況

1.1 帶式輸送機運輸系統概況

隆安煤業現有10 部強力帶式輸送機，其中外運隧道1 部，主斜井2 部，東翼采區安裝有5 部，北翼采區安裝有2 部。南翼采區5 部強力帶式輸送機帶速為2.5 m/s，帶寬為1200 mm，運輸量為600 t/h，5 部帶式輸送機總長度達到6250 m，電機總功率為3540 kW·h。在礦井生產期間，帶式輸送機全部運行時產生的費用在生產成本中占有很大一部分比例。

1.2 帶式輸送機能耗情況分析

對安裝的強力帶式輸送機運行情況調查分析發現，造成能耗高的主要原因有：煤流運輸系統運輸線路長，電機設備功率轉換效率低；輸送機啟動時采用雙變頻器啟動，但運行時采用工頻運行，存在“大馬拉小車”現象；膠帶機逆煤流啟動運行，即從外向里逐部膠帶依次啟動運行，存在外部膠帶機空載運行等待上流煤炭時間長、電能損耗浪費嚴重問題；帶式輸送機無有效的自動化設備管理系統，造成以長時間空載運行的方式達到煤炭運輸所需條件等。綜上分析，帶式輸送機的電機“變頻器”未能夠真正發揮其正常的功能價值，從而造成膠帶運輸系統出現設備能耗高、節能效果差問題。

2 解決耗能問題的關鍵環節分析

為保證膠帶運輸系統的穩定性和電機設備的可轉換性，重點解決PLC 系統中防爆箱內的主控元器件對帶式輸送機上各電動機運行期間的電壓、電流、頻率及運行速度等相關數據的采集、設備運行狀態控制、通訊信息組網、主機保護及工業環網與交換機的連接等技術難題，實現對帶式輸送機運行期間“多煤快運、無煤慢運或停運”狀態的自動準確監測[1-6]，并能夠將帶式輸送機上各電動機相互匹配到最佳變頻狀態，真正發揮出變頻器的變頻能力。

解決上述問題的關鍵環節是：研究PLC 控制系統中防爆控制箱控制指標的選取，用于實現變頻器的自動監測和控制[7-8]；研究帶式輸送機集中控制系統及操作指令控制系統，實現防爆變頻器帶動帶式輸送機電動機軟啟動從零速開始運轉至額定速度；研究PLC 系統控制箱從接收信號到物料流動傳感器監測到帶式輸送機上實時運輸的煤量大小過程中，PLC 控制系統發出的虛擬信號與帶式輸送機轉速之間的相互轉化；檢測帶式輸送機物料監測傳感器信號傳輸的準確性，實現帶式輸送機運行速度的可靠穩定控制；根據礦井帶式輸送機特性及結合現場實際情況，對帶式輸送機進行節能系統改造，達到礦井帶式輸送機在變頻器控制下節能運行的目的。

3 節能控制系統改造實施方案

該礦井南翼采區的5 部帶式輸送機要保持各帶式輸送機綜合保護裝置的所有功能不變的條件下實現帶式輸送機的節能控制運行，需在膠帶運輸機控制系統中增設“PLC 控制系統防爆控制箱、防爆電源箱、就地控制箱、設備啟停傳感器、料流傳感器、運行速度傳感器和電纜”等設備和相關設施，布置方式如圖1 和圖2。在井下煤炭運輸過程中，通過安裝在帶式輸送機上方的料流傳感器對膠帶上的煤量大小進行實時監測，并將采集到的數據傳輸到PLC 控制系統中。PLC 控制系統通過對采集的數據進行分析后，根據分析判斷結果向變頻器發出控制操作命令，利用變頻器調整帶式輸送機運行速度，從而實現帶式輸送機根據煤量大小實時在線調速功能，達到了節能控制運行的目的。

圖1 南翼采區帶式輸送機變頻節能控制裝置安設示意圖

圖2 帶式輸送機料流傳感器安設位置示意圖（mm）

4 應用效果分析

帶式輸送機變頻控制系統改造以后，能夠充分發揮出變頻器的變頻調速功能，實現帶式輸送機的節能運行；同時利用變頻器變頻調速功能可以避免帶式輸送機長時間高速產生涌浪電壓和電流，對帶式輸送機電纜線路及相關電器設備元件起到保護作用。在應用變頻控制系統以后，通過對南翼采區的5部強力帶式輸送機電能使用情況進行統計（見表1）后發現，5 部帶式輸送機在半載和空載情況下實行節能運行時，可減少用電負荷610 kW，年節約用電量可達到360 萬 kW·h，年節約用電費用180 余萬元，帶式輸送機節能降耗取得了良好的效果。

表1 南翼采區帶式輸送機改造前后電機正常工作狀態下電流對比情況